【研究背景】
鋰(Li)金屬具有極高的理論比容量(3860 mAh?g?1)和低電化學電位 (?3.04 V vs. 標準氫電極)，因此被廣泛用作高能量密度電池的負極材料。然而，鋰枝晶的不可控生長和循環充放電過程中活性鋰的持續消耗，導致鋰金屬電池的庫侖效率低、循環壽命短。在鋰負極上構建保護層，是抑制鋰枝晶形成并提高循環性能的有效策略。共價有機框架材料(COF)是通過共價鍵連接構建的，鑒于它們高度穩定的框架和一維開放通道，一些含有親鋰單元的二維(2D)COFs已經被用作負極保護層，以追求高性能的鋰金屬電池。到目前為止，已經使用了例如喹啉、酞酰亞胺、三嗪環和氟化基團等親鋰單元來構建2D COFs作為保護層。然而，2D COFs的一維開放孔道容易誘導鋰枝晶沿著有序方向生長，而且片層堆疊會阻礙親鋰位點在充放電過程中的充分利用。與2D COF相比，三維(3D) COF具有沿3D方向延伸的框架，避免了層間Π-Π堆疊相互作用。然而，由于親鋰基團的多樣性和密度不足，電池表現出較差的動力學性能。因此，構建具有致密親鋰基團的3D COF以實現均勻的鋰吸附和沉積仍然是一項重大挑戰，這可能為追求高性能鋰金屬電池提供新思路。
【工作介紹】
近日，中國科學院上海高等研究院曾高峰、徐慶課題組提出了一種新型的三維共價有機框架(3D COF)作為鋰金屬電池的保護層。他們基于誘導柔性的6-連接環三磷腈衍生物醛和4-連接卟啉基四苯胺合成一種具有致密親鋰位點的3D COF?？蚣苤械牧纂姝h和卟啉環作為富電子和親鋰位點，促進Li+沿3D方向的快速傳輸，從而實現了在集流體上高度平滑和致密的Li沉積。該文章發表在國際頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。鄭雙和付鈺彬為本文第一作者。
【內容表述】
本文的核心要點是開發了一種新型的三維共價有機框架(3D COF)，具備高密度的鋰親和位點，作為鋰金屬電池保護層。這種3D COF通過[6+4]合成策略制備，利用6連接的環三磷腈衍生物醛和4連接的卟啉基四苯基胺。COF中的磷腈環和卟啉環作為電子豐富和親鋰位點，提高了三維方向上均勻的Li+通量，從而實現了高度平滑和致密的Li沉積。這種結構不僅提高了Li/Por-PN-COF-Cu電池的庫侖效率(320個循環內平均CE達到99.1%)，
聲明：
“具有密集親鋰位點的三維共價有機框架保護層助力高性能鋰金屬電池” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：中國科學院上海高等研究院
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2025年07月09日 ~ 11日 
